细胞壁结构的主要差异决定了革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的差异，革兰氏染色(阳性紫色/阴性红色)和对不同种类抗生素的敏感性。（这里不去解释，感兴趣去查革兰氏染色法。革兰氏阳性菌的细胞壁由厚而密的肽聚糖和teichoic酸组成。而革兰氏阴性菌细胞壁呈多层结构，这个细胞被膜是由三个关键层:内部等离子体膜(IM),细胞周质间隙和外膜(OM)。
首先细胞周质是一个水舱富含蛋白质和它比细胞质厚。肽聚糖细胞壁(PG)存在于质周空间，由肽侧链交联的双糖重复单元组成。这个肽聚糖对革兰氏阴性菌细胞膜的形状和结构刚性起着至关重要的作用。
然后内质内质膜(IM)由磷脂双层膜(PL)组成，称为质膜(PM)。它与原生质接触。由于细菌缺乏细胞内的细胞器，如线粒体和内质网，所以他用来作为细胞代谢、分泌和生物合成的隔间。值得注意的是，在革兰氏阴性菌中，大多数参与电子传递、蛋白质输出、细胞信号传递和生物合成等重要功能的蛋白都存在于IM中。
最后，外膜是只在革兰氏阴性菌中存在，在革兰氏阳性菌中不存在。这个细胞器，作为一个渗透屏障，控制细菌的营养吸收，并对一系列抗菌药物提供耐药性保护。有趣的是，OM由一个内传单和一个外传单组成。OM的内小叶包含磷脂，而外小叶包含脂质结构(脂质a)，脂质结构中附着的糖脂质朝外，称为“脂多糖”。
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